Dijital Mantık Kapılarına Giriş

Lojik Kapılar, istenilen sayıda lojik değişken giriş ile özel elektronik devreler kurarak mantıksal işlemler yapmamızı sağlayan devrelerdir. Bu noktada lojik kapılar, kombinezonsal (combinational), Ardışıl (sequential) devreler oluşturmak için kullanılmaktadır.
Günümüzde piyasadan temin edebildiğimiz lojik kapılar genellikle 2 temel aile veya formda bulunmaktadır. Bunların birincisi Transistor-Transistor Logic anlamına gelen TTL olacaktır. Buna verilebilecek örneklerden biri ise 7400 serisi olacaktır. Bunun yanı sıra diğer bir teknoloji ise CMOS’tur. CMOS’a örnek olarak ise 4000 serisi entegreleri örnek verebiliriz.

Bu konuyu kısaca özetlemek gerekirse:

TTL teknolojisine sahip entegreler, içlerinde NPN ve PNP tip çift kutuplu jonksiyon transistörler bulundurmaktadır. CMOS teknolojisine sahip entegreler ise içlerinde MOSFET veya JFET tipi Alan Etkili Transistörler bulundurmaktadır. Fakat şunu da unutmamak gerekiyor ki basit bir lojik kapıya sahip olmak için illa bu teknolojilere sahip entegreleri kullanmamıza gerek yok. Bu durumda lojik kapıları üretmek için diyot, transistör ve direnç tarzı basit devre elemanları bizim işimizi görecektir. Tabii ki bu kullanım tarzı günümüzde CMOS ailesine kıyasla çok daha az tercih edilmektedir.
Bu konunun yanı sıra diğer bir önemli konu ise bu entegrelerin adlandırma biçimleri ile alakalı olacaktır. Günümüzde entegre devreler bir sürü adlandırma çeşidi içermektedir. Bunlardan bir diğeri ise içerdikleri transistöre ve kapı sayısına bağlı olacaktır. Buna örnek vermek gerekirse: Basit bir “OR” kapısı sadece birkaç transistör içeriyorken daha karmaşık bir entegre binlerce transistör içerebilmektedir. Genel sınıflandırma ise şu şekilde olacak:

  1. Küçük Ölçekli Tümleşme / Small Scale Integration (SSI)
  2. Orta Ölçekli Tümleşme / Medium Scale Integration (MSI)
  3. Büyük Ölçekli Tümleşme / Large Scale Integration (LSI)
  4. Çok Geniş Ölçekli Tümleşme / Very-Large Scale Integration (VLSI)
  5. Süper Büyük Ölçekli Tümleşme / Super-Large Scale Integration (SLSI)
  6. Ultra Büyük Ölçekli Tümleşme / Ultra-Large Scale Integration (ULSI)

Lojik Kapılar

Lojik Kapılar, tüm elektronik devrelerin ve mikroişlemci tabanlı sistemlerin yapıldığı temel yapı taşıdır. Mantık kapıları, genel anlamda ikili sayılar üzerinde AND, OR ve NOT mantıksal işlemlerini gerçekleştirmektedir.
Dijital elektronikte yalnızca iki voltaj düzeyine izin verilmektedir. Bunlar sırasıyla 1 ve 0’dır ancak araştırma yaparken bu durum karşımıza, başka bir sürü terimle çıkabilmektedir. Bunlar ise Lojik “1” ve Lojik “0”, HIGH ve LOW gibi kavramlardır. Bunlara dikkat ettiğimiz sürece bir hata yaşamamız pek olası değildir.
mantık kapılarına giriş
Lojik kapılarının çoğunda “0” veya LOW(Düşük) gibi mantık seviyeleri sıfır voltajı(0V) veya toprağı temsil etmektedir. Tam tersi “1” olduğu durumda ise +5V gibi daha yüksek bir gerilim değerini temsil etmektedir. Standart TTL teknolojisine sahip TTL entegrelerde tanımlanamayan bir giriş ve çıkış gerilim aralığı mevcuttur. Bunlar Lojik “1” ve Lojik “0” arasında kalan alandan oluşmaktadır.
mantık kapılarına giriş
Yukarıdaki görselden de TTL teknolojisine ait entegrelerin tanımsız alanlarının hangi gerilim değerlerinde olduğu çok rahat bir şekilde anlaşılabilmektedir. Bu noktada bir diğer önemli şey ise CMOS, TTL gibi teknolojilerde voltaj seviyeleri değişmektedir. Gelin bir görselle de onu inceleyelim.
mantık kapılarına giriş

Örnek TTL Lojik Kapı Devresi

Bu örneğimizde TTL ailesinden oluşan transistörlerle basit bir VE DEĞİL kapı devresi tasarımı görülmektedir. Resimde de anlaşılacağı üzere iki (veya daha fazla) emitter bacağına sahip bir giriş transistör kullanılmaktadır. Transistör 2’nin NPN anahtarlama transistör devresini tek kademeli ters çevirmektedir. Bunu daha iyi anlamak için 1 numaralı transistörümüzün girişlerine değer verebiliriz.
mantık kapılarına giriş
Bu noktada Transistör 1’in “A” ve “B” girişlerini temsil eden emitörlerinden biri veya her ikisi, “0” (DÜŞÜK) mantık seviyesine bağlandığı anda Transistör 1’in temel akımı, base/emitter bağlantısından toprağa (0V) geçer. Bu sayede doygun hale gelir. Bu durum sonucunda, transistör 2’nin base bacağının toprağa (0V) bağlanmasına neden olur, bu nedenle transistör 2, KAPALI duruma geçtiğini görmekteyiz. En son olarak ise Q’daki çıkış değeri YÜKSEK olmaktadır.
Yani anlayacağınız üzere günümüzde basit bir lojik kapı tasarımı yapmak gerçekten çok kolay. Bu noktada bu lojik kapıların hazır tasarlanıp, toplu bir halde bulunduğu entegreler mevcuttur. İşte onlar günümüz dijital elektroniğinde çok önemli rol oynamaktadır.
Buna benzer bir diğer devre ise CMOS ailesinden üretilmiş lojik kapılardır. Onlarda da durum TTL’lerdeki gibi basittir. Fakat burada dikkat etmemiz gereken bir önemli konu bulunmaktadır. Şunu sakın unutmamalıyız ki CMOS lojik kapıları ve cihazları statiğe duyarlı bir şekilde çalışmaktadır. Bu nedenle antistatik, topraklanmış tezgahlar üzerinde çalışmak veya antistatik bir bileklik takmak hayati önem taşımaktadır.
Hayatın neresinde olursak olalım, önlem her zaman maddi veya manevi fark etmeksizin bizi istemediğimiz sonuçlardan koruyacaktır.